При работе устройств по описанной выше схеме я наблюдал любопытные явления импеданса, которые достаточно интересны. Например, если толстый медный прут изогнуть как показано на Рис. 32 и шунтировать обычными лампами накаливания, то тогда пропуская разряд между шаровыми набалдашниками можно довести лампы до накаливания, хотя они и замкнуты накоротко. При использовании большой индукционной катушки легко получить на пруте узлы, которые можно увидеть по разному уровню свечения ламп, как схематично показано на Рис. 32. Точно определить узлы никогда нельзя, они просто являются максимумами и минимумами потенциалов вдоль прута. Вероятно они возникают из-за нерегулярности дуги между шарами. В целом же, когда используется описанная выше схема преобразования высокого напряжения в низкое, можно подробно изучить поведение пробойного разряда. Узлы можно еще исследовать с помощью обычного вольтметра Кардью, который должен быть хорошо изолированным. Трубки Гейслера также могут светиться между [узловыми] точками изогнутого прута; в данном случае, конечно же, лучше использовать меньшие емкости. Я обнаружил, что подобным образом реально можно зажечь лампу и даже трубку Гейслера, шунтированную коротким толстым куском металла, и вначале этот результат кажется очень любопытным. На самом деле, чем толще медный прут на Рис. 32, тем лучше для успеха этих экспериментов, и тем большее впечатление они производят. Когда используются лампы с длинными тонкими нитями накала, то очень часто можно наблюдать, что нити накала время от времени начинают очень сильно вибрировать, и наименьшие вибрации происходят в узловых точках. Скорее всего, эти вибрации возникают вследствие электростатического взаимодействия между нитью накала и стеклом лампы.
В некоторых из описанных выше экспериментов лучше использовать специальные лампы с прямой нитью накала, как показано на Рис. 33. Когда используется такая лампа, то можно наблюдать явление еще более любопытное, чем предыдущее. Лампа помещается поперек медного прута и светится, и используя немного большую мощность или, другими словами, меньшие частоты или меньший импульсный импеданс, нить накала можно доводить до любой желаемой степени накала. Но когда импеданс увеличивается, то наступает такая стадия, когда через угольный электрод идет сравнительно малый ток, а его основная часть идет через разреженный газ; или возможно более правильно утверждать, что ток делиться между ними примерно поровну, несмотря на огромную разницу сопротивления, и утверждение остается справедливым, пока газ и нить накала не начинают вести себя по-другому. Далее мы видим, что вся лампа начинает ярко светиться, а концы вводных проводов раскаляются и часто выбрасывают искры вследствие очень сильной бомбардировки, но угольная нить остается темной. Это показано на Рис. 33. Вместо нити накала можно использовать одинарную проволоку, идущую через всю лампу, и в этом случае явление будет казаться еще более интересным.
Из вышеописанного эксперимента очевидно, что когда обычные лампы питаются от преобразованного тока, лучше взять те, у которых платиновые проволочки находятся далеко друг от друга, и не следует использовать слишком высокие частоты, иначе может возникнуть разряд на концах нити накала или в основании лампы между вводными проводами, и лампа испортится.
Предоставляя вам результаты своего исследования рассматриваемого предмета, я лишь вскользь упомянул многие факты, о которых я мог бы рассказывать очень долго, и из огромного множества наблюдений я выбрал лишь те, которые, как мне казалось, будут вам наиболее интересны. Эта область очень обширна и совершенно не изучена, и на каждом шагу открывается что-то новое, встречаются новые факты.
Будущее покажет, насколько обнаруженные результаты получат практическое применение. Что же касается получения света, то некоторые из достигнутых уже результатов весьма ободряющие, и они убеждают меня в том, что практическое осуществление задачи лежит именно в том направлении, на которое я старался обратить внимание. И все же, какова бы ни была сиюминутная польза от этих экспериментов, я надеюсь, что они помогут подняться еще на одну ступень в продвижении к идеальному и законченному решению. Возможности, открываемые современными исследованиями, настолько огромны, что даже самые сдержанные должны ощутить оптимизм при взгляде в будущее. Выдающиеся ученые считают задачу использования одного вида излучения отдельно от других целесообразной. В аппарате, созданном для производства света путем преобразования любой формы энергии в энергию света подобный результат получить невозможно, потому что неважно, каким способом получают необходимые колебания, будь они электрическим, химическим или каким-либо другим, невозможно будет получить более высокочастотные световые колебания, не пройдя через более низкие тепловые. Задача состоит в придании телу определенной скорости не проходя через все меньшие скорости. Но существует возможность получения энергии не только в форме света, но и в форме движущей силы, и в виде любых других форм энергии, неким более прямым способом от среды. Наступит время, когда эта задача будет решена, и придет время, когда кто-нибудь сможет произнести эти слова перед просвещенной аудиторией, и на него не будут смотреть как на мечтателя. Мы кружимся в бесконечном пространстве с невероятной скоростью, все вокруг нас вращается, все движется, повсюду энергия. олжен существовать какой-то способ, чтобы мы могли воспользоваться этой энергией более непосредственным образом. И когда, наконец, из среды будет получен свет, когда будет получена нергия, когда любую форму энергии люди будут получать без особых усилий из неисчерпаемого вечно существующего источника, человечество пойдет вперед гигантскими шагами. Одно только предположение о таких чудесных возможностях будоражит наши умы, укрепляет наши надежды и наполняет наши сердца величайшей радостью.
ЭКСПЕРИМЕНТЫ С ПЕРЕМЕННЫМИ ТОКАМИ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ И ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ*
У меня нет слов, чтобы выразить, сколь глубоко я ощущаю честь выступить перед выдающимися мыслителями нашего времени, а также перед столь многими талантливыми учеными, инженерами и электротехниками этой страны — величайшей по своим научным достижениям.
Результаты, которые я имею честь предложить вниманию уважаемой аудитории, я не могу назвать моими собственными. Среди вас найдется немало людей, которые с большим основанием, нежели я, могут поставить себе в заслугу то или иное научное достижение, содержащееся в данной работе. Я думаю, нет необходимости упоминать многие имена, известные во всем мире, — имен тех из вас, кто являются признанными лидерами в этой прекрасной науке; но по меньшей мере одно я упомянуть должен — это имя, которое не может быть обойдено молчанием при подобной демонстрации. Он о связывается с самым прекрасным изобретением, когда-либо сделанным: это Крукс!
Когда я еще учился в колледже, а было это довольно давно, я прочел, правда в переводе (в то время я еще недостаточно хорошо владел вашим замечательным языком), описания его экспериментов по излучающей материи. Я прочел их всего лишь раз в своей жизни — именно тогда, — но и по сей день я могу вспомнить каждую подробность этой выдающейся работы. И мало таких книг, позвольте сказать, которые могут произвели столь глубокое впечатление на ум студента.
Но если я по нынешнему случаю упоминаю это имя как одно из тех, которыми может гордиться ваш институт, то потому, что у меня есть на то более, чем одна причина. Потому что то, что я намереваюсь вам рассказать и показать сегодняшним вечером, по большому счету относится к тому самому непонятному миру, который так искусно исследовал профессор Крукс. И более того, когда я пытаюсь восстановить ход моих мыслей и проанализировать, что же привело меня к этим результатам, — которые даже я сам не могу рассматривать как незначительные, поскольку они получили столь высокую оценку с вашей стороны, — я понимаю, что истинной причиной, которая подвигнула меня на работу в этом направлении и привела к этим результатам, после долгого периода постоянных размышлений, была та небольшая захватывающая книга, которую я прочитал много лет назад.
А теперь, когда я сделал слабую попытку выразить ему свое почтение и признательность, равно как и вам, моя вторая попытка — привлечь Ваше внимание — я надеюсь, окажется не столь слабой.
Позвольте в нескольких словах представить Вам предмет моего выступления.
Не так давно я имел честь представить Американскому Электротехническому Институту некоторые результаты, полученные мной к тому времени в новом направлении. Думаю, нет необходимости убеждать Вас в том, что многочисленные проявления интереса к этой работе со стороны английских ученых мужей и инженеров были для меня большой наградой и ободрили меня. Я не буду глубоко вдаваться в уже описанные эксперименты, за исключением тех случаев, когда возникнет необходимость представить в завершенном виде, или более четко изложить, некоторые идеи, которые я выдвигал ранее, или же чтобы придать исследованиям, представляемым здесь, законченность, а моим замечаниям по теме сегодняшней лекции — согласованность.
А теперь, когда я сделал слабую попытку выразить ему свое почтение и признательность, равно как и вам, моя вторая попытка — привлечь Ваше внимание — я надеюсь, окажется не столь слабой.
Позвольте в нескольких словах представить Вам предмет моего выступления.
Не так давно я имел честь представить Американскому Электротехническому Институту некоторые результаты, полученные мной к тому времени в новом направлении. Думаю, нет необходимости убеждать Вас в том, что многочисленные проявления интереса к этой работе со стороны английских ученых мужей и инженеров были для меня большой наградой и ободрили меня. Я не буду глубоко вдаваться в уже описанные эксперименты, за исключением тех случаев, когда возникнет необходимость представить в завершенном виде, или более четко изложить, некоторые идеи, которые я выдвигал ранее, или же чтобы придать исследованиям, представляемым здесь, законченность, а моим замечаниям по теме сегодняшней лекции — согласованность.
Разумеется, эти исследования касаются переменных токов, а точнее, переменных токов высокого потенциала и высокой частоты. Насколько важна очень высокая частота для получения представляемых результатов — это вопрос, на который мне трудно ответить даже при всем моем опыте в этой области. Некоторые эксперименты можно провести при низких частотах, но очень высокие частоты предпочтительнее, и не только потому, что с их помощью было получено множество эффектов, но и как удобное средство получения, применяя индукционное устройство, высоких потенциалов, которые в свою очередь необходимы для получения большинства из экспериментов, которые я намереваюсь здесь продемонстрировать.
Среди множества направлений в изучении электричества, возможно, наиболее интересным и многообещающим является то, которое касается переменного тока. В этом направлении за последние годы прогресс оказался настолько велик, что оправдывает самые оптимистичные надежды. Вряд ли мы хотя бы один факт стал нам близко знаком и привычен, когда мы сталкиваемся с новым опытом, и новые открываются новые широкие дороги для исследований. Даже прямо сейчас мы лишь частично осознаем открываемые применением этих токов возможности, о которых раньше нельзя было даже мечтать. Как в природе все приходит и уходит, есть приливы и отливы, все есть волновое движение, так по-видимому и во всех отраслях индустрии всем правят переменные токи — электрическое волновое движение.
Возможно, одной из причин, почему этот раздел науки получил столь быстрое развитие, стал интерес к ее экспериментальному изучению. Мы наматываем на простое железное кольцо катушки; подключаем к генератору, и с удивлением и восхищением обнаруживаем эффекты загадочных сил, которые мы вызвали к действию, сил, которые позволяют нам преобразовывать, передавать и направлять энергию так, как нам захочется. Мы собираем соответствующие электрические цепи и видим, как масса железа и проводов ведет себя как будто она наделена жизнью, посредством невидимых связей вращая тяжелый якорь с огромной силой и скоростью — и от энергии, получаемой, возможно, с большого расстояния. Мы наблюдаем, как проявляет себя энергия проходящего через провод переменного тока, — и не столько в самом проводе, сколько в окружающем пространстве, — самым удивительным образом, принимая формы тепла, света, механической энергии, и, что самое удивительное из всего, химического сродства. Все эти наблюдения очаровываю нас, и вызывают в нас сильнейшее желание узнать больше о природе этих явлений. Каждый день мы идем на работу с надеждой на открытие, с надеждой на то, что кто-то, не важно кто, сможет решить одну из множества больших проблем, ожидающих решения. И каждый раз на следующий день мы возвращаемся к нашим задачам с еще большим рвением. И даже когда наши усилия остаются безуспешными, наша работа не пропадает впустую, поскольку во всех этих усилиях и стараниях мы провели множество часов непередаваемого наслаждения, и наша энергия была направлена на благо человечества.
Мы можем выбрать — если Вы захотите, наугад, — любой из множества экспериментов, которые можно провести с переменными токами. Из них только несколько, причем никоим образом не самые впечатляющие, составляют предмет этой демонстрации нынешним вечером. Все они в равной мере интересны, и в равной мере наталкивают на размышления.
Вот простая стеклянная трубка, из которой частично выкачан воздух. Я беру ее в руку; я привожу свое тело в контакт с проводом, несущим переменные токи высокого потенциала, и трубка в моей ярко сияет. В какое бы положение я не поместил ее, куда бы я ее не переместил в пространстве — докуда я могу дотянутся, — приятный свет продолжает светить с неослабевающей яркостью.
Вот откачанная колба, подвешенная на одном проводе. Я становлюсь на изолированную подставку, хватаюсь за нее рукой, и платиновый электрод, вмонтированный в нее, ярко раскаляется.
Вот другая колба, подключенная к вводному проводу, которая как только я прикасаюсь к ее металлическому патрону, заполняется величественными цветами фосфоресцирующего света.
А вот еще одна, которая от прикосновения моих пальцев отбрасывает тень — тень Крукса, от ножки внутри нее.
Вот вновь, изолируясь как только встаю на изолированную подставку, я устанавливаю контакт между моим телом и одной из клемм вторичной обмотки индукционной катушки, — длина этого провода катушки составляет несколько миль, — и вы видите, как бьют лучи света из ее дальнего конца, который начинает сильно вибрировать.
А вот сейчас я подсоединяю эти две пластины из проволочной ткани к клеммам катушки, располагаю их на некотором расстоянии друг от друга, и подаю на катушку ток. Вы можете видеть прохождение маленьких искр между пластинами. Я помещаю между ними толстую пластину из одного из лучших диэлектриков, и при этом, вместо прекращения потока искр, как мы привыкли ожидать, я вызываю прохождение разряда, который, по мере того, как я вставляю пластину, только меняет свой вид и принимает форму светящихся потоков.
Позвольте Вас спросить, может ли быть ли что-нибудь более интересное, нежели исследование переменных токов?
Во всех этих исследованиях, во всех этих экспериментах, которые очень, очень интересны, вот уже на протяжении многих лет — с тех пор как величайший экспериментатор, который выступал в этом зале, открыл ее принцип, — вместе с нами наш постоянный спутник, приспособление, известное всем и каждому, некогда игрушка, а ныне предмет необычайной важности — индукционная катушка. Нет приспособления дороже электротехнику. От самого знающего из вас, осмелюсь сказать, до неопытного студента, до вашего докладчика, все мы пропели много прекрасных часов экспериментируя с индукционной катушкой. Мы наблюдали ее в действии, и немало думали и размышляли над прекрасными явлениями, которые она открывала нашим восхищенным взорам. Это устройство стало настолько известным, настолько знакомы эти явления для всех, что мужество несколько покидает меня, когда я подумаю, что решился выступать перед столь знающей аудиторией, что отважился развлечь вас все той же старой темой. Здесь перед вами на самом деле тот же самый аппарат и те же самые явления, только аппарат будет работать несколько иначе, и явления предстанут в другом аспекте. Некоторые результаты этих опытов мы находим такими, какими и ожидали, некоторые удивляют нас, но все пленяют внимание, потому что в научном исследовании каждый новый полученный результат может стать центром нового направления, каждый новый познанный факт может привести к важным выводам.
Обычно при работе с индукционной катушкой мы вызываем в первичной обмотке колебания небольшой частоты при помощи либо прерывателя или размыкателя, либо генератора переменного тока. Ранние английские исследователи, достаточно упомянуть только Спотсвуда и Гордона, использовали соединенный с катушкой быстрый размыкатель. Наши сегодняшние знания и опыт позволяют ясно увидеть, почему катушки в условиях тех испытаний не являли каких-либо значительных явлений, и почему сильным экспериментаторам не удалось заметить множество удивительных эффектов, которые наблюдались впоследствии.
В таких экспериментах как сегодняшний мы питаем катушку либо от генератора переменного тока специальной конструкции, который может давать многие тысячи обращений тока в секунду, либо пробойно разряжая конденсатор через первичную обмотку. При этом мы вызываем в во вторичной обмотке колебания с частотой во много сотен тысяч, а если захотим — то и в миллионы, в секунду. И используя любой из этих способов мы вступаем в область еще не изученную.
Так не бывает, чтобы исследования в какой-либо новой области не привели бы к какому- нибудь интересному наблюдению или заслуживающему внимания факту. Тому, что это утверждение в полной мере применимо к предмету настоящей лекции, служит убедительным доказательством то множество интереснейших и неожиданных явлений, которые мы наблюдаем. В качестве иллюстрации можно привести например самые очевидные явления, явления разряда индукционной катушки.